Qu'est-ce qu'une usine intelligence et une industrie intelligente ?

Les industriels profitent des dernières innovations numériques pour repenser leurs opérations. Dans une enquête menée en 2023 auprès de 1 350 industriels dans 13 pays par Sapio Research et Rockwell Automation, 97 % des personnes interrogées ont déclaré qu'elles prévoyaient d'utiliser des technologies d'industrie intelligente - qui peuvent inclure tout, de la robotique à l'Internet des objets (IoT) - au cours des deux prochaines années.

Bien que ces investissements offrent des avantages immédiats en augmentant les pratiques d'automatisation conventionnelles, ils jettent également les bases pour que les industriels réinventent le fonctionnement de leurs sites grâce à la création d'usines intelligentes, qui mettent l'accent sur l'interconnectivité des systèmes et le partage de données, aidant ainsi les industriels à produire des marchandises plus rapidement et avec moins de défauts tout en réduisant davantage les coûts.

Qu'est-ce qu'une usine intelligente ?

Une usine intelligente utilise des systèmes et des machines interconnectées pour générer des données, souvent en temps réel, pour améliorer les processus industriels de A à Z et aider les opérateurs de machines, les superviseurs de chaînes, les ingénieurs, les dirigeants et d'autres collaborateurs à prendre de meilleures décisions. Les machines et appareils d'usines intelligentes génèrent également des données sur leur propre état de santé afin que la maintenance puisse être appliquée avant leur panne.

Il convient de noter que les usines utilisent la robotique et l'automatisation depuis de nombreuses années. Cependant, ces installations ne sont pas considérées comme des usines intelligentes à moins d'utiliser des systèmes et des machines entièrement intégrés, réunissant les mondes physique et numérique. Les usines intelligentes déploient souvent de la robotique avancée et parfois de l'impression 3D. Les usines intelligentes concrétisent le concept plus large d'industrie intelligente.

Qu'est-ce qu'une industrie intelligente ?

L'industrie intelligente renvoie au concept d'utilisation des technologies pour coordonner les processus physiques et numériques au sein des usines et dans toute la supply chain industrielle. Ces processus comprennent l'approvisionnement en matériaux, la logistique, la production et la cession. Les principaux objectifs de l'industrie intelligente sont d'améliorer les performances opérationnelles et de réagir rapidement aux fluctuations de l'offre et de la demande.

Points clés à retenir

• L'industrie intelligente renvoie au concept d'utilisation des technologies entièrement intégrées pour collecter des données et numériser les processus au sein des usines et tout au long de la chaîne logistique industrielle.
• Les usines intelligentes concrétisent le concept d'industrie intelligente.
• L'intelligence artificielle, le machine learning, l'Internet des objets et la robotique avancée sont à l'origine de la plupart des usines intelligentes.
• Les usines intelligentes attirent les industriels car elles peuvent réduire les coûts, améliorer l'efficacité, permettre à la production d'évoluer rapidement en fonction de l'évolution de la demande, restreindre la dépendance à l'égard des équipes et réduire les défauts des produits.

Définition d'une usine intelligente et d'une industrie intelligente

Bien que les termes d'usine intelligente et d'industrie intelligente soient souvent utilisés de manière interchangeable, ils sont différents. L'industrie intelligente renvoie au concept d'utilisation des technologies avancées et connectées pour coordonner les processus physiques et numériques au sein des usines et dans toute la supply chain en vue d'en améliorer la performance. Les usines intelligentes concrétisent cette idée, en utilisant des données collectées à partir d'équipements en réseau intégrés à des capteurs, connus sous le nom d'Internet des objets industriel (IIoT), associés à des robots et à des chaînes de montage automatisées. Par exemple, une usine intelligente peut identifier rapidement les erreurs de production potentielles à l'aide de capteurs intégrés et connectés à des machines, et demander à un robot d'intervenir avant qu'un problème ne survienne. Les avancées technologiques telles que celles-ci conduisent à la quatrième révolution industrielle, communément appelée l'industrie 4.0.

L'objectif ultime d'une usine intelligente est d'accélérer les processus et d'éliminer les erreurs. Même avec l'automatisation intelligente des usines, les collaborateurs gardent un rôle crucial. Les opérateurs, par exemple, peuvent suivre les données de production sur un appareil mobile et décider de charger une machine différemment en fonction des données, ce qui contribue à améliorer les performances de la machine ou d'une chaîne de production entière.

Comment fonctionnent les usines intelligentes ?

Les usines intelligentes s'appuient sur un réseau de capteurs et de logiciels pour collecter et partager des données à chaque étape du processus, ce qui aide les industriels à accélérer la production et à améliorer la qualité des produits et l'entretien du système. Par exemple, dans une usine, un bac sur une chaîne de production peut être équipé d'un capteur qui déclenche une demande de réapprovisionnement lorsqu'il est faible en fournitures, ce qui incite un robot à livrer de nouvelles fournitures juste à temps pour éviter les retards. En outre, les machines génèrent en permanence des données sur leur propre état de santé, en prédisant les besoins de maintenance et en réduisant les pannes. Les machines connectées dans une usine intelligente évitent également les défauts en détectant les problèmes de matériaux.

Structure et niveaux des usines intelligentes

Les usines intelligentes évoluent généralement aux quatre niveaux ou étapes suivants. Aujourd'hui, la plupart des usines sont au niveau 1.

Avantages des usines intelligentes

Le marché mondial des technologies de l'usine intelligente, qui englobe les ventes de capteurs, de robots, de logiciels avancés et d'autres actifs technologiques, passera de 254,24 milliards de dollars en 2022 à 787,54 milliards de dollars d'ici 2030, estime Grand View Research. Les industriels investissent dans cette technologie parce qu'ils recherchent les avantages suivants :

• Des coûts réduits. Les usines intelligentes diminuent principalement les coûts en réduisant les effectifs, les erreurs humaines, les défauts des produits et les déchets, et en prolongeant la durée de vie des machines grâce à la maintenance prédictive.
• La prise de meilleures décisions, plus rapidement. Les données collectées à partir de capteurs, puis analysées à chaque étape du processus industriel, y compris tout au long de la chaîne d'approvisionnement, aident les dirigeants, les managers et les collaborateurs à prendre des décisions plus éclairées et plus rapides à chaque étape. Les professionnels de la supply chain, par exemple, pourraient examiner la recommandation d'une usine intelligente concernant la commande de matériaux supplémentaires et, s'ils sont d'accord, décider de la date d'arrivée d'une cargaison. Ou ils pourraient examiner les données disponibles et décider de modifier l'algorithme qui fait des recommandations afin que les recommandations futures soient plus conformes aux besoins de l'industriel.
• Le renforcement de l'efficacité. L'efficacité de l'industrie fait généralement référence à la qualité et à l'efficacité des activités en cours, et non à la quantité de production produite (productivité). Ainsi, les technologies d'une usine intelligente augmentent l'efficacité principalement en minimisant les redondances de processus, en automatisant les tâches répétitives, en réduisant le temps et le matériel perdus, en minimisant les temps d'arrêt et en réapprovisionnant les stocks en fonction des déficits prévus.
• En faire plus avec moins de collaborateurs. Alors que les équipes jouent toujours un rôle important dans les usines intelligentes, les processus automatisés permettent aux industriels de réaliser plus de tâches avec moins de collaborateurs. C'est une question importante étant donné qu'environ 2,1 millions d'emplois industriels aux États-Unis ne seront pas pourvus d'ici 2030 pour diverses raisons démographiques, économiques et autres, selon les prédictions du National Association of Manufacturers.
• La réduction de l'impact environnemental. En utilisant plus efficacement les matériaux à l'aide de technologies intelligentes et connectées, les usines intelligentes aident les industriels à réduire les déchets qui finissent dans les décharges, réduisant ainsi leur empreinte carbone. Les industriels peuvent également donner la priorité à l'utilisation de matériaux et de composants durables, en suivant les origines et le transport de ces marchandises à l'aide de technologies de blockchain et d'identification par radiofréquence (RFID).

Technologies des usines intelligentes

Dans une enquête menée en 2023 par EY, 97 % des CEO du secteur industriel ont déclaré que la poursuite de leurs projets de transformation numérique et technologique était une priorité à court terme. Ces projets impliquent souvent les technologies suivantes.

• Capteurs. Les capteurs sont des dispositifs que les industriels placent sur ou dans les machines de l'usine intelligente pour recueillir des données sur divers facteurs, notamment la température, les vibrations, la pression, le couple, la proximité et le mouvement. Les capteurs sont au cœur de l'Internet des objets industriel.
• L'internet des objets industriel (Industrial Internet of Things, IIoT). Les superviseurs et les opérateurs industriels utilisent les données collectées à partir de machines et d'autres objets connectés à Internet dans l'usine pour analyser la condition physique, les performances et la sortie de ces actifs, ainsi que les processus de production qu'ils prennent en charge. Ils peuvent ensuite appliquer des corrections de machine et des ajustements de processus si nécessaire. Par exemple, les capteurs connectés à l'IIoT peuvent alerter les travailleurs de problèmes de maintenance futurs en détectant des vibrations inhabituelles ou des changements de température sur une machine. Avec la maintenance prédictive, les industriels peuvent éviter les temps d'arrêt coûteux et les dommages aux machines en intervenant avant qu'il n'y ait un problème. Une enquête menée en 2022 par IIoT World a révélé que 67 % des industriels ont déployé ou développent une stratégie IIoT.
• Cloud computing. Le cloud computing est le socle technologique de la plupart des usines intelligentes, où se trouvent les données, les applications et l'infrastructure sous-jacente. Les services cloud offrent plusieurs avantages clés. Ils peuvent être facilement mis à l'échelle selon les besoins de l'industriel. Les nouvelles fonctionnalités des applications, ainsi que les performances et autres améliorations, sont automatiquement fournies via Internet, sans imposer aux équipes informatiques des industriels des mises à jour coûteuses et chronophages. Les services cloud sont accessibles depuis n'importe où et disposent généralement d'une sécurité et d'une sauvegarde fiables. De plus, les industriels ne paient que pour la capacité d'application et d'infrastructure dont ils ont besoin et qu'ils utilisent.
• Big data. Les industriels collectent et analysent d'énormes quantités de données, appelées big data, dans leurs usines intelligentes. Les applications prises en charge par les systèmes ERP robustes incluent la maintenance prédictive, la détection des anomalies, les contrôles de qualité, la réduction des déchets, l'amélioration des processus et les prévisions du marché. Par exemple, en prévision d'une augmentation de la demande pour un produit particulier, un industriel pourrait consacrer plus de ses chaînes de montage à ce produit et/ou en constituer un stock plus important qu'il ne l'aurait fait autrement.

Exemples d'usines intelligentes

Les usines intelligentes sont encore un rêve pour la plupart des industriels, mais des pionniers montrent la voie à suivre.

Prenons l'exemple de LG Electronics, dont le Smart Park à Changwon, en Corée du Sud, a été appelé usine « phare » par le Forum économique mondial pour son efficacité de production, sa sécurité et son faible impact environnemental. À l'intérieur de l'usine, qui fabrique des appareils ménagers, des pièces pour les réfrigérateurs et autres appareils sont livrées aux chaînes de production par un système de convoyeur aérien ou par des véhicules à guidage automatique (AGV) gérés par le réseau 5G de l'installation. Chaque chaîne est associée à un « entrepôt intelligent » qui surveille les stocks en temps réel et demande des pièces et des fournitures supplémentaires si nécessaire. Un système d'automatisation logistique 3D minimise la quantité d'espace d'entreposage nécessaire de 30 % par rapport aux systèmes conventionnels, tout en diminuant de 25 % le temps nécessaire au transport des matériaux. Les capteurs attachés sur et à l'intérieur des machines identifient les problèmes de production potentiels et demandent aux robots de les résoudre avant qu'un problème ne survienne. Les robots effectuent également des tâches dangereuses, telles que le soudage et le levage d'équipements lourds, ce qui rend l'usine plus sûre pour les travailleurs. En 2022, LG a déclaré qu'il prévoyait d'appliquer ces technologies de production intelligentes et d'autres technologies mises au point dans son parc intelligent Changwon à un total de 26 sites de production dans 13 pays.

En achetant les droits sur une bande passante de 50 MHz, le producteur d'équipements agricoles John Deere a construit son propre réseau 5G pour ses usines du Midwest afin de l'aider à analyser les données des chaînes de production pour améliorer l'assemblage. Il prévoit d'équiper ces usines de robots qui peuvent travailler en collaboration avec les ouvriers. L'entreprise crée également des modèles 3D ou des jumeaux numériques de ses machines de production pour surveiller leurs performances, former des techniciens et les aider à entretenir leurs équipements. Ces modèles sont accessibles à tout moment sur tablettes et smartphones.

À l'usine Ford de Dearborn, dans le Michigan, où il fabrique le camion électrique F-150 Lightning, les ouvriers de la chaîne de production utilisent des tablettes connectées au réseau 5G de l'usine pour accéder aux données sur les fournitures de matériaux et l'état de l'équipement. Les véhicules individuels placés sur les AGV passent d'une équipe à une autre. Parallèlement, à l'usine de véhicules électriques du constructeur automobile britannique, les capteurs permettent à Ford de capturer des photos du processus de soudage (les moteurs et les batteries EV nécessitent des milliers de soudures), et une analyse basée sur l'IA détermine ensuite si une soudure particulière répond aux normes. Si ce n'est pas le cas, la soudure est refaite avant que la pièce passe à l'étape suivante de la production. Cette fonctionnalité permet de gagner du temps et de réduire les déchets car les pièces qui pourraient autrement être inutilisables sont régulièrement réparées.

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FAQ sur l'usine intelligente et l'industrie intelligente

Quelle est la différence entre une industrie intelligente et une usine intelligente ?
L'industrie intelligente renvoie au concept d'utilisation des technologies pour coordonner les processus physiques et numériques au sein des usines et dans toute la supply chain. Les usines intelligentes concrétisent cette idée.

Quelles technologies font partie d'une usine intelligente ?
Les usines intelligentes s'appuient sur l'Internet des objets industriel, avec lesquels les industriels collectent et analysent les données générées par une myriade d'actifs de la chaîne logistique, de machines d'usine et d'autres « objets » pour prendre de meilleures décisions. Les usines intelligentes utilisent également l'IA, le machine learning, la robotique avancée, l'impression 3D, les jumeaux numériques et d'autres technologies.

Quels types de données doivent être suivis dans une usine intelligente ?
Les usines intelligentes suivent les données sur les actifs circulant dans la supply chain, les machines d'usine, les processus industriels, etc.